ARM-jeva največja revizija njegove arhitekture nabora navodil v zadnjem desetletju je tukaj - ARMv9 - z vgrajenim SVE2 in drugimi varnostnimi funkcijami.
Prej danes, kot del dogodka Vision Day, je ARM razkril nekaj podrobnosti o svoji novi arhitekturi ARMv9, za katero podjetje pričakuje, da bo v tem desetletju uporabljena v več kot 300 milijardah čipov.
Zadnja večja revizija ISA ARM je bila v8, ki je bila predstavljena oktobra 2011 s 64-bitnim naborom navodil AArch64. Vendar je ARM z leti razširil ARMv8 z novimi funkcijami, kot je označevanje pomnilnika v ARMv8.5. Z ARMv9 je podjetje še naprej uporablja AArch64 kot osnovni nabor navodil, vendar ga je razširil z novimi funkcijami, namenjenimi izboljšanju varnosti in izvedba.
Glede na ARM so tukaj glavne nove funkcije arhitekture ARMv9-A:
- SVE2: razširitev prednosti razširljivih vektorjev na veliko več primerov uporabe
- Razširitev upravljanja področja (RME): razširitev zaupnega računalništva na platformah Arm na vse razvijalce.
- BRBE: zagotavljanje profilnih informacij, kot je Auto FDO
- Vdelana razširitev sledenja (ETE) in Razširitev medpomnilnika sledenja (TRBE): izboljšane zmožnosti sledenja za Armv9
- TME: strojna podpora za transakcijski pomnilnik za arhitekturo Arm
Za globlji potop v spremembe na visoki ravni, ki prihajajo z ARMv9, priporočam branje poročila Andreja Frumusanuja na AnandTech, vendar bom ponudil povzetek ključnih sprememb, na katere morate biti pozorni.
NEON je nasledil SVE2
NEON je napredna razširitev arhitekture SIMD (single instruction multiple data). SIMD se tukaj nanaša na eno samo navodilo, ki vzporedno deluje na več podatkovnih postavkah. Ti podatki so organizirani v registre, ki vsebujejo vektorje bitov.
Scalable Vector Extensions ali SVE je razširitev za ARMv8.2 ali novejšo različico, ki razširja vektorsko obdelavo zmožnost AArch64 za reševanje računalniških zahtev nalog visoko zmogljivega računalništva (HPC) in stroja učenje. Pomembno je, da omogoča tudi dolžine vektorskih registrov med 128 in 2048 bitov. S stališča razvoja programske opreme je prednost spremenljive dolžine vektorskega registra v tem, da je treba kodo prevesti samo enkrat, da lahko v celoti izkoristite prihodnje procesorje z daljšimi vektorskimi registri. Podobno je to kodo mogoče izvajati tudi na procesorjih z manj izvajalnimi cevovodi SIMD, kot so tisti v napravah IoT.
Ker je bil SVE bolj namenjen delovnim obremenitvam HPC in tudi ni bil tako vsestranski nabor navodil kot NEON, je ARM v začetku leta 2019 predstavil SVE2 za reševanje teh težav. SVE2 je dodal nova navodila, namenjena delovnim obremenitvam DSP, ki so še vedno odvisne od NEON. Zdaj z ARMv9 SVE2 nasledi NEON kot osnovno funkcijo procesorjev ARMv9.
Izboljšave strojnega učenja
ARM vidi, da bodo delovne obremenitve strojnega učenja v naslednjem desetletju vse bolj priljubljene, zato prejšnje revizije ARMv8 predstavil nova navodila za množenje matrik. To bodo osnovne funkcije procesorjev ARMv9, ki bodo omogočale, da se delovne obremenitve ML manjšega obsega izvajajo neposredno na procesorju namesto v namenskih pospeševalnikih. Očitno je izvajanje delovnih obremenitev ML na namenskih pospeševalnikih zaželeno, če imate raje hitro delovanje ali energetsko učinkovitost, vendar tega ni vedno mogoče izvesti na vsej strojni opremi.
Zaupna računalniška arhitektura ARMv9
V prizadevanju za izboljšanje varnosti ARMv9 uvaja novo zaupno računalniško arhitekturo (CCA). Kot AnandTech pojasnjuje, je ARM-ov CCA odmik od trenutne situacije sklada programske opreme, kjer morajo varne aplikacije, ki se izvajajo v napravi, zaupati OS in hipervizorju, na katerem se izvajajo. Trenutni model varnosti temelji na dejstvu, da lahko bolj privilegirane ravni programske opreme spremljajo izvajanje manj privilegiranih ravni programske opreme, kar je lahko problematično, če sta OS ali hipervizor ogrožena.
Kako CCA odpravlja to težavo z dinamičnim ustvarjanjem "področij", ki so varna izvedbena okolja v vsebnikih, ki niso pregledna za OS ali hipervizor. Aplikacije znotraj »področij« lahko svojo zanesljivost potrdijo »upravitelju področij«, kodi, ki je le delček velikosti hipervizorja, ki je zdaj izključno odgovoren za dodeljevanje virov in razporejanje. Prednost uporabe "kraljev" je, da se zmanjša veriga zaupanja, kar omogoča varno aplikacije, ki se izvajajo na kateri koli napravi, ne glede na osnovni OS, ki bo pregleden za varnostna vprašanja.
Vir: ARM. prek: AnandTech.
Po navedbah AnandTech, ARM ni podrobno opisal, kako so "področija" ločena od OS in hipervizorja, vendar so domnevajo, da ta ločitev izvira iz naslovnih prostorov, podprtih s strojno opremo, s katerimi ni mogoče komunicirati drug drugega.
Prihodnje zasnove CPE in GPU ARM
Čeprav ni neposredno povezan z ARMv9, je ARM delil svoja predvidena pričakovanja glede zmogljivosti za prihodnje zasnove CPU, ki temeljijo na v9. V naslednjih dveh generacijah jedrnih zasnov mobilnega IP ARM pričakuje skupno 30-odstotno povečanje zmogljivosti IPC. To pomeni, da dejansko generacijsko povečanje uspešnosti znaša okoli 14 %, kot AnandTech pojasnjuje. Jasno je, da se je stopnja izboljšanja nekoliko upočasnila v primerjavi s prejšnjimi leti.
Videli smo, kako implementacije procesorjev podjetij, kot so Qualcomm, Samsung in Huawei, ne dosegajo pričakovanih projekcij zmogljivosti novih zasnov jedra ARM, dejstvo, ki ga ARM izpostavi v diapozitivu, ki podrobno opisuje, kako je mogoče izboljšati zmogljivost procesorja z izboljšanjem pomnilniške poti, predpomnilnikov ali frekvenc.
Vir: ARM. prek: AnandTech.
Kljub temu ARMv9 obljublja dobrodošle izboljšave zmogljivosti, varnosti in strojnega učenja, ko bodo novi procesorji, ki temeljijo na ISA, v začetku leta 2022 dostavljeni v komercialne naprave.
Kar zadeva prihodnje grafične procesorje Mali, je ARM razkril, da dela na tehnologijah, kot sta senčenje s spremenljivo hitrostjo (VRS) in sledenje žarkom. Te funkcije so postale priljubljene med vrhunsko strojno opremo GPU za osebne računalnike in deveto generacijo konzol za video igre, kot je npr. Sonyjev PlayStation 5 in Microsoftov Xbox Series X/S.
Avtorji predstavljenih slik: ARM via AnandTech